ZigBee无线传感网技术与应用 课件 项目一任务一 工欲善其事必先利其器

Zigbee无线传感网技术与应用城市交通照明灯系统01学习目标01了解城市交通照明灯系统应用03了解什么是无线传感网05掌握SmartRF工具安装与使用06掌握如何建立一个简单的ZigBee工程方法04掌握ZigBeeIAR开发环境安装与基本使用02了解什么是ZigBee任务一：工欲善其事，必先利其器任务要求要求读者在Windows系统电脑中安装“IAREmbeddedWorkbench”ZigBee软件开发平台，同时安装SmartRFZigBee程序下载工具。使用SmartRF工具下载城市交通照明系统程序至CC2530开发板中，分别下载一个协调器、两个节点板程序，查看设备与上位机软件效果。任务目标01了解城市交通照明灯了解什么是ZigBee了解什么是无线传感网了解开发平台与程序下载工具了解各种ZigBee下载器02030405储备知识路灯作为城市照明中必不可少的公共基础设施，与人们的日常生活和城市交通安全有着密不可分的联系，路灯控制和管理水平的高低则是检验一个城市现代文明的标志。传统的路灯开/关和巡检方式已逐渐显露出弊端，不但电能利用率低，且增添了不少人工巡检和维护的麻烦，造成了能源和人力资源的过度浪费。针对目前大多数城市对路灯照明控制和管理水平的不足，在日益发展的无线通信技术趋势下，设计了一套路灯无线监控系统。1.城市交通照明灯

试想着有一天，你坐在办公室或教室中，你家里的空调、冰箱、洗衣机、电视等在你手机屏幕前受你掌控时，这便是物联网的时代。作为一名物联网专业的学生或相关初学者感觉ZigBee是个很神秘东西，神秘的无线模块。其实ZigBee芯片上是集成了增强型8051单片机内核，我们直接烧写程序进去就可以使用。2.这就是ZigBee有人问：什么是ZigBee？我回答：储备知识教材采用的ZigBee模块使用TI公司CC2530系列单片机作为单片机主芯片，CC2530开发板均包含程序下载接口与5V电源接口。在后续任务中我们下载程序时需将这两个接口进行对应的连接。2.这就是ZigBee储备知识无线传感网中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置十分灵活，网络设备位置可以随时改变，还可以连接互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个自组织的网络。3.到处都是WSN储备知识嵌入式系统传感器无线传感网（WSN）全称为：无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)是一种分布式传感网络，它是可以感知和检查外部世界的传感器。是由大量传感器节点通过无线通信的技术构成的自组织网络。采集传输网络覆盖范围内感知对象的信息感知处理网络近年来，传感技术、无线通信技术与嵌入式计算技术的不断进步，推动了低功耗、多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。有这种微型传感器网络的应用成为了在物联网发展中的一个重要组成部分。3.到处都是WSN储备知识无线传感网发展史最早可以追溯至越战时期使用的传统传感器系统。当年美越双方在“胡志明小道”进行的一场血型较量，二十世纪80年代至90年代之间。主要是美军研制的分布式传感网络系统、海军协同交战作战能力系统、远程战场传感器系统等，21世纪至今，也就是911事件之后。1995年，美国交通部提出了“国家智能交通系统项目规划”，预计到2025年全面投入使用。在美国旧金山，200个联网传感器已经部署到金门大桥，这些传感器用于确定大桥从一边到另一边的摆动距离。3.到处都是WSN储备知识我国与发达国家在现代意义上的无线传感网研究及应用方面几乎同步启动，它已经成为我国信息领域位居世界前列的少数方向之一。在2006年我国发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》中，为信息技术确定了三个前沿方向，其中有两项就与传感器网络直接相关，这就是智能感知和自组网技术。无线传感网络是继计算机和互联网之后世界信息产业第三次浪潮，已经成为新一轮全球经济和科技发展战略焦点。无线传感网从简单传输网络到传输传感器网络再到无线传感网络。3.到处都是WSN储备知识网络与通信集成在节点板中计算能力集成的芯片设备中基于控制板的点对点传感器网络无线传感网络智能传感器网络简单传输网络3.到处都是WSN储备知识无线传感网络的体系特征有基础设施的网络，需要固定的基站。比较常见如生活中的手机、有线电视都需要大功率基站和天线信号来支持无线自组网的特点是：网络节点是分布的，没有专门的固定基站，能够快速，灵活和方便的自动断网。无基础设施的网络，又称无线自组基网。3.到处都是WSN储备知识ZigBee无线传感网典型应用1.智能家居在基于ZigBee技术的智能家居应用中，每个ZigBee节点模块都嵌入到智能家居控制系统的传感器设备中，ZigBee协调器与家用路由网关结合，将ZigBee节点通过协调器网关连接到云服务器，用户可通过手机或平板电脑进行远程监控与控制。国内常见的智能家居品牌有小米、欧瑞博（ORVIBO）、极联、欧普照明等，这些智能家居家具的品牌设备均有包含使用Zigbee模块的设备。3.到处都是WSN储备知识2.农业大棚控制基于ZigBee的智能农业大棚控制系统，每个大棚可当成一个分支网络（由一个ZigBee路由器和多个ZigBee终端）。ZigBee终端负责定时采集大棚内的状态（比如温湿度等信息）根据相关状态按照预设定的要求加温和加湿处理，并上传到ZigBee路由器，再由路由器上传至ZigBee协调器总控端，进行统一监控和管理。

思考：请举例说明哪些场景适合使用无线传感网技术，并加以说明？IAR公司总部在北欧的瑞典，在美国、日本、英国、德国、比利时、巴西和中国设有分公司。它最著名的产品是C编译器-IAREmbeddedWorkbench，支持众多知名半导体公司的微处理器。许多全球著名的公司都在使用IARSYSTEMS提供的开发工具，用以开发他们的前沿产品，从消费电子、工业控制、汽车应用、医疗、航空航天到手机应用系统。4.开发必备工具-IAR储备知识IAREmbeddedWorkbench是瑞典IARSystems公司为微处理器开发的一个集成开发环境(下面简称IAREW)，支持ZigBee、ARM、AVR、MSP430等芯片内核平台。5.动手安装软件任务实施该任务针对windows系统的电脑，软件安装包位于“1.项目一城市交通照明灯\配置资料\IAR820”目录下。环境准备安装软件步骤1：双击打开“1.项目一城市交通照明灯\配置资料\软件\IAR820”目录“EW8051-8202-Autorun.exe”安装包。5.动手安装软件任务实施步骤2：弹出IAR安装程序窗体选择“InstallIAREmbeddedWorkbench”。图：安装IAREmbeddedWorkbench窗体5.动手安装软件任务实施步骤3：在弹出的新窗体中选择“Next”按钮->点击“Iacceptthetermsofthelicenseagreement”同意协议->点击“Next”按钮。图1：下一步安装图2：同意协议5.动手安装软件任务实施步骤4：在弹出的新窗体选择“Complete”->选择“Next”->点击“Change”选择安装路径“C:\ProgramFiles(x86)\IARSystems\EmbeddedWorkbench6.4_2”->点击“Next”->点击“Install”。图1：典型安装图2：选择安装目录5.动手安装软件任务实施步骤5：等待几分钟软件安装完成，如提示警告界面选择否，选择“finash”完成软件安装。图：安装USB驱动5.动手安装软件任务实施步骤6：在完成软件安装后，在桌面如未生成快捷方式，读者可在计算机“开始”菜单->“IARSystems”目录下->找到“IAREmbeddedWordbench”。图：开始菜单5.动手安装软件任务实施步骤7:运行“IAREmbeddedWorkbench”软件，软件初始化画面。图：IAR运行画面6.程序传输-下载器储备知识程序仿真下载器对于ZigBee单片机程序，编写程序后需要将hex格式文件下载到ZigBee单片机中，程序才能够执行，才能实现相应的功能。单片机程序的下载方式有多种多样，本书使用SmartRF04EB设备CC系列无线芯片调试工具。图：ZigBee下载器6.程序传输-下载器储备知识可以用于CC11xx、CC24xx、CC25xx等多个系列，支持常用多种调试手段如下载、仿真、调试、断点、单步、全速、擦除、读取、加密等，支持协议分析可以与IARforMCS-51编译器进行无缝连接，如IAR730B、IAR751、IAR760、IAR810，支持如下工具软件：SmartRFStudio、SmartRFFlashProgrammer、IEEEAddressProgrammer、PacketSniffer。本书使用SmartRFFlashProgrammer作为下载软件。ZigBee下载器一般有2个接口USB接口与电脑相连下载接口与Zigbee开发板相连7.动手安装软件任务实施环境准备本任务软件安装包与软件程序位于“1.项目一城市交通照明灯\配置资料\Setup_SmartRFProgr_1.11.1”“1.项目一城市交通照明灯\配置资料\程序\城市交通照明灯系统.exe”。安装软件步骤1：双击打开“1.项目一城市交通照明灯\配置资料\软件”目录“Setup_SmartRFProgr_1.11.1”安装包。图：SmartRFProgogr安装包7.动手安装软件任务实施步骤2：出现安装界面后，选择“Next”下一步->如需修改安装路径可选择“Charge”修改安装路径，修改完成后，->选择“Next”下一步。图：安装软件过程7.动手安装软件任务实施步骤3：选择“Complete”完整安装->选择“Next”下一步->点击“Install”，开始安装->安装完成点击“Finish”。图：安装软件过程7.动手安装软件任务实施步骤4：在桌面上找到并打开“SmartRFFlashProgrammer.exe”软件。图：SmartRF软件界面8.下载城市程序任务实施环境准备本任务所需硬件：下载器*1、ZigBee开发板*3、USB转串口线*1、5V电源适配器*1、天线*3。8.下载城市程序任务实施下载程序步骤1：将下载器程序下载接口连接至CC2530开发板中，注意对于接口的正反，缺口的朝向。图：下载接口连接8.下载城市程序任务实施步骤2：将下载器USB口连接至电脑USB口中。图：连接电脑8.下载城市程序任务实施步骤3：连接ZigBee开发板电源，Zigbee开发板电源电压一般为5V，为了安全操作在连接过程中需查看适配器电源的输出电压为5V后再进行连接。图：输入5V电源8.下载城市程序任务实施步骤4：装上ZigBee天线，注意需拧紧。图：安装天线8.下载城市程序任务实施步骤5：查看电脑是否正常安装驱动，点击右键计算机->管理->设备管理器。图：安装天线如发现驱动未识别，则需要将下载器重新上电、重新连接电脑USB口、重新安装“SmartRF”后再试。8.下载城市程序任务实施步骤6：驱动正常，打开“SmartRFFlashProgrammer.exe”，选择芯片型号CCXXX系列。图：选择芯片型号步骤7：查看软件是否识别出CC2530开发板，如图？所示。如未识别则将下载器重新上电再试。图：识别设备8.下载城市程序任务实施步骤8：点击“…”按钮选择下载程序“配套资料\下载程序\协调器.hex”。图：选择下载文件步骤9:选择Actions下载模式，下载常用几种模式：Erase擦除程序、Eraseandpr